Imagerie par résonance magnétique à haute résolution temporelle : développement d'une méthode d'acquisition parallèle tridimensionnelle pour l'imagerie fonctionnelle cérébrale

High temporal resolution magnetic resonance imaging : development of a paralell tridimensional acquisition method for functional neuroimaging

• Auteur / Autrice : Cécile Rabrait
• Direction : Denis Le Bihan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie par résonance magnétique

Mots clés libres

Imagerie Echo Volume (EVI)

Imagerie parallèle

Reconstruction parallèle

Réponse hémodynamique cérébrale

Résumé

La séquence d'Imagerie Écho Planaire est largement utilisée pour l'acquisition des séries temporelles nécessaires aux études d'IRM fonctionnelle cérébrale. Cette séquence permet d'imager le cerveau entier, avec une résolution spatiale de 2 à 4 mm et une résolution temporelle de 1 à 2 s. Elle est donc bien adaptée à l'analyse exploratoire de l’activité cérébrale, mais ne permet pas d'étudier précisément sa dynamique temporelle. Afin d'améliorer l'estimation de la réponse cérébrale et d’éviter les artéfacts dus à l��acquisition 2D, cette thèse a eu pour objet le développement d'une méthode d'acquisition 3D à haute résolution temporelle. Pour cela, la séquence d'Imagerie Écho Volume (EVI) a été combinée avec l'acquisition parallèle et la réduction du champ de vue. L'EVI permet l'acquisition d'un volume après une unique impulsion d'excitation, mais requiert des trains d'échos très longs. L'imagerie parallèle et la réduction des champs de vue permettent de réduire la durée des trains d'échos et de réaliser l'acquisition d'un volume, avec peu de distorsions et de pertes de signal, en 200ms. Tous les paramètres d'acquisition ont été optimisés afin de maximiser le rapport signal sur bruit de la méthode et de détecter les activations cérébrales de manière robuste. La détection des activations a été mise en évidence avec différents paradigmes de stimulation, et des fonctions de réponses hémodynamiques à haute résolution temporelle ont pu être calculées. Afin d'améliorer la stabilité temporelle, les inversions matricielles nécessaires à la reconstruction parallèle ont été régularisées et l'influence du niveau de régularisation sur la détection des activations a été étudiée.

Echo Planar Imaging is widely used to perform data acquisition in functional neuroimaging. This sequence allows the acquisition of a set of about 30 slices, covering the whole brain, at a spatial resolution ranging from 2 to 4 mm, and a temporal resolution ranging from 1 to 2 s. It is thus well adapted to the mapping of activated brain areas but does not allow precise study of the brain dynamics. To improve the estimation of the hemodynamic response functions associated with activation and avoid artifacts due to 2D acquisition, this thesis aimed at developping a 3D high temporal resolution acquisition method. To do so, Echo Volume Imaging was combined with reduced field-of-view acquisition and parallel imaging. Indeed, EVI allows the acquisition of a whole volume following a single excitation, but it requires very long echo trains. Parallel imaging and field-of-view reduction are used to reduce the echo train durations, which allows the acquisition of a 3D volume with limited susceptibility-induced distortions and signal losses, in 200ms. All imaging parameter have been optimized in order to reduce echo train durations and to maximize SNR, so that cerebral activations can be detected with a high level of confidence. Robust detection of brain activation was demonstrated with several stimulation paradigms and high temporal resolution hemodynamic response functions have been estimated. To further improve SNR, the matrix inversions required in parallel reconstruction were regularized, and the impact of the level of regularization on activation detection was investigated.